Пороховой аккумулятор давления Российский патент 2024 года по МПК F02K9/10 

Предлагаемое изобретение относится к пороховым аккумуляторам давления (ПАД) и может быть использовано в авиационной, автомобильной (спасательным средством) и других областях промышленности.

Наиболее близким к изобретению является ПАД (приведенный в источнике «Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования» автор М.В. Добровольский, г. Москва, Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016 г., рис. 7.38), который содержит корпус с передним и задним днищем с размещенными в нем пороховыми шашками, воспламенитель, запальник и датчик давления, установленные на переднем днище корпуса, выходное устройство с разрывной мембраной на заднем днище корпуса.

Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются следующие: корпус с передним и задним днищами с размещенными в нем пороховыми шашками, воспламенитель, запальник и датчик давления, установленные на переднем днище корпуса, выходное устройство с разрывной мембраной на заднем днище корпуса.

Особенностью известного запорного устройства - прототипа является, во-первых, силовое воздействие продуктов сгорания воспламенителя на торцы шашек, что может привести к их сколам, т.е. нерасчетному процессу горения шашек, во-вторых, унос к-фазы продуктов сгорания воспламенителя в газовый тракт потребителя, в-третьих, значительная динамическая составляющая газового потока на выходе из выходного устройства ПАД.

Предлагаемым устройством решается техническая задача быстрого заполнения, например, тонкостенных емкостей с минимальным силовым воздействием на нее от подаваемого газа.

Для решения данной технической задачи корпус ПАД содержит центральный перфорированный стакан с размещенным в нем воспламенителем, при этом между стаканом и корпусом плотно размещены пороховые шашки, причем корпусная поверхность стакана выполнена профилированной с выемками под пороховые шашки, при этом перфорированный стакан содержит вертикальные ряды с равным количеством отверстий и числом таких рядов соответствующим числу пороховых шашек, причем оси отверстий в каждом из вертикальных рядов расположены в области по нормали к стакану и касательной к боковым поверхностям смежных зарядов, при этом выходное устройство выполнено с тангенциальными отверстиями равного диаметра, размещенными в двух оконечных зонах выходного устройства при одинаковом количестве в каждой из зон и противоположным расположением для создания двух равновеликих газовых циркуляций противоположной закрутки, причем выходное устройство снабжено двумя открылками с выступанием в каждой из оконечных зон не менее двух диаметров тангенциальных отверстий относительно их осей и радиальным зазором между выходным устройством и открылками от 2-х до 15-ти диаметров тангенциальных отверстий, при этом расстояние между торцами открылков не менее 2-х диаметров тангенциальных отверстий, при этом открылки снабжены наружным фильтром-сеткой с герметично установленной разрывной мембраной.

Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными из прототипа достигается следующий результат: обеспечивается заполнение тонкостенных емкостей с минимальным силовым воздействием на нее.

Предложенное техническое решение может найти применение в качестве быстродействующих систем наддува, включая топливные емкости, вывода полезной нагрузки из контейнера и др.

Предложенное техническое решение поясняется фигурами 1-6.

Изображенный на фиг. 1 ПАД содержит корпус 1, центральный профилированный стакан 2 с размещенным в нем воспламенителем 3, запальника 4, пороховых шашек 5, колосника 6, выходного устройства 7 с тангенциальными отверстиями 8, открылками 9 приваренными, фильтром-сеткой 10 и разрывной мембраной 11.

На фиг. 2 изображен поперечный разрез ПАД с вертикальными рядами отверстий 12, оси которых расположены по нормали к стакану и касательной к боковым поверхностям смежных зарядов.

На фиг. 3 изображен поперечный разрез выходного устройства в сечениях, проходящих через оси тангенциальных отверстий 8, выполненных в выходном устройстве 7.

На фиг. 4 представлены составляющие скорости газового потока Voc, истекающего из тангенциальных отверстий при взаимодействии с открылками: Vn - скорость по нормали; Vtg - тангенциальная составляющая.

На фиг. 5 представлено расположение приваренных открылков относительно выходного устройства 7 с радиальным зазором Δr и расстоянием между торцами открылков «В» и выступанием открылков относительно осей тангенциальных отверстий «S».

На фиг. 6 изображены отверстия с сверхзвуковыми соплами.

Устройство работает следующим образом:

При подаче электрического импульса на запальник 4 происходит его задействование с подачей форса пламени на воспламенитель 3, который создает поток горячих газообразных продуктов с k-фазой, истекающей через отверстия в перфорированном стакане 2 по нормали к нему «N» и касательной «К» к смежным поверхностям пороховых шашек 5, создавая на них горения с минимальным динамическим воздействием, при этом k-фаза будет осаждаться как на поверхностях шашек, так и на внутренней поверхности корпуса 1, создавая зону повышенной температуры, улучшая условия воспламенения шашек без выноса k-фазы через выходное устройство 7 (фиг. 2).

Далее, через колосник 6 и выходное устройство 7 газы-продукты сгорания твердотопливных шашек перетекают в полость выходного устройства 7 с истечением через тангенциальные отверстия 8 равного диаметра в оконечных зонах при одинаковом количестве в каждой из зон и противоположным направлением (фиг. 3).

При взаимодействии струй, истекающих из тангенциальных отверстий со стенкой открылков 9, осевая скорость Voc будет иметь две составляющие: нормальную V_N, позволяющую плотно осаждать k-фазу на стенку открылка, и тангенциальную составляющую, обеспечивающую закрутку струи - образование циркуляции газового потока (фиг. 4).

Минимальный радиальный зазор Δr, равный не менее двух диаметров тангенциального отверстия, принят для исключения взаимодействия истекающей газовой струи с отраженной от стенки открылка; максимальный зазор Δr, равный не более 15 диаметрам тангенциального отверстия, оптимизирован из условия, что для сверхзвуковой струи высоконапорный начальный участок составляет не более 15 диаметров тангенциального отверстия.

Расстояние «В» между торцами открылков не менее двух диаметров тангенциальных отверстий оптимизировано из условий свободного истечения газов потребителю; расстояние «S» относительно осей тангенциальных отверстий и торца открылка определено не менее двух диаметров тангенциальных отверстий для обеспечения закрутки газа непосредственно на открылках (фиг. 5).

Расстояние «S» относительно осей тангенциальных отверстий и торца открылка определено не менее двух диаметров тангенциальных отверстий для обеспечения закрутки газа непосредственно на открылках.

Две равновеликих газовых циркуляций противоположной закрутки взаимодействуют между собой в зоне между торцами открылков, затормаживаясь, с реализацией результирующей окружной скорости близкой к нулевой и далее газы истекают из ПАД с минимальным напором, что позволяет заполнить, например, тонкостенные емкости с минимальным силовым воздействием на нее от подаваемого газа.

Для повышения эффективности осаждения k-фазы и усиления циркуляций тангенциальные отверстия снабжаются сверхзвуковыми соплами (фиг. 6).

Предлагаемое изобретение относится к пороховым аккумуляторам давления и может быть использовано в авиационной, автомобильной (спасательным средством) и других областях промышленности. Пороховой аккумулятор давления содержит корпус с передним и задним днищами с размещенными в нем пороховыми шашками, воспламенитель, запальник и датчик давления, установленные на переднем днище корпуса, выходное устройство с разрывной мембраной на заднем днище корпуса. Корпус порохового аккумулятора давления содержит центральный перфорированный стакан с размещенным в нем воспламенителем. Между стаканом и корпусом плотно размещены пороховые шашки. Корпусная поверхность стакана выполнена профилированной с выемками под пороховые шашки. Перфорированный стакан содержит вертикальные ряды с равным количеством отверстий и числом таких рядов, соответствующим числу пороховых шашек. Выходное устройство имеет тангенциальные отверстия равного диаметра, размещенные в двух оконечных зонах выходного устройства при одинаковом количестве в каждой из зон и противоположным расположением. Выходное устройство снабжено двумя открылками с выступанием в каждый из оконечных зон не менее двух диаметров тангенциальных отверстий относительно их осей. Радиальный зазор между выходным устройством и открылками составляет от 2-х до 15-ти диаметров тангенциальных отверстий. Расстояние между торцами открылков не менее 2-х диаметров тангенциальных отверстий. Открылки снабжены наружным фильтром-сеткой с герметично установленной разрывной мембраной. При использовании изобретения обеспечивается заполнение тонкостенных емкостей с минимальным силовым воздействием на них от подаваемого газа. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Пороховой аккумулятор давления, содержащий корпус с передним и задним днищами с размещенными в нем пороховыми шашками, воспламенитель, запальник и датчик давления, установленные на переднем днище корпуса, выходное устройство с разрывной мембраной на заднем днище корпуса, отличающийся тем, что корпус порохового аккумулятора давления содержит центральный перфорированный стакан с размещенным в нем воспламенителем, между стаканом и корпусом плотно размещены пороховые шашки, причем корпусная поверхность стакана выполнена профилированной с выемками под пороховые шашки, при этом перфорированный стакан содержит вертикальные ряды с равным количеством отверстий и числом таких рядов, соответствующим числу пороховых шашек, причем оси отверстий в каждом из вертикальных рядов расположены радиально и касательно к боковым поверхностям смежных шашек, при этом выходное устройство имеет тангенциальные отверстия равного диаметра, размещенные в двух оконечных зонах выходного устройства при одинаковом количестве в каждой из зон и противоположным расположением для создания двух равновеликих газовых циркуляций противоположной закрутки, выходное устройство снабжено двумя открылками с выступанием в каждый из оконечных зон не менее двух диаметров тангенциальных отверстий относительно их осей и радиальным зазором между выходным устройством и открылками от 2-х до 15-ти диаметров тангенциальных отверстий, при этом расстояние между торцами открылков не менее 2-х диаметров тангенциальных отверстий, при этом открылки снабжены наружным фильтром-сеткой с герметично установленной разрывной мембраной.

2. Пороховой аккумулятор давления по п. 1, отличающийся тем, что тангенциальные отверстия в выходном устройстве выполнены в виде сверхзвуковых сопел.